[科普中国]-干扰波

地震勘探中妨碍分辨有效波的振动都属于干扰波(noise)。干扰波大体上可分为两种：其中具有明显传播规律的称为规则干扰或干扰波，如声波、面波、多次波等等，没有明显传播规律性的振动称为随机干扰，或简称干扰，如微震等。抗干扰的问题是关系到地震勘探中提高勘探的质量和能力的极其重要的问题。因此，在野外工作和资料处理上采用多种措施，以提高有效波而压制干扰波。干扰波有时也是相对的概念，如在反射法中、折射波就常被当成干扰波。

干扰波分类影响地震资料质量的因素很多，有噪声干扰，有采集方法本身的缺陷，有激发与接收因素。复杂地质构造、地表障碍等诸多因素均可能影响地震资料的质量。每种因素对地震资料的影响程度会随着不同的施工地区及勘探目的的不同而有所差别。在许多情况下，如低信噪比地区，噪声的影响可能会很大，是影响地震资料质量好坏的重要因素，在这种条件下，对噪声的分析显得尤其重要。

地震勘探中，所谓噪声可以这样描述：除了在地震记录上期望得到的任何同相轴也就是有效信号以外的其他信号都可以认为是噪声。噪声的对信号的影响及相对强弱常用信噪比( Signal - to - noise ratio)衡量，缩写为S/N。

在地震资料采集中，根据噪声形成不同可以将噪声分为系统噪声、环境噪声和激发噪声。

(1)系统噪声：仪器的热噪声。

(2)环境噪声：包括电磁干扰和弹性干扰。电磁干扰包括天地电磁干扰（云层放电、太阳黑子、地磁异常等）和人工电磁（50Hz工业电、电磁波等）；弹性干扰包括波动干扰（远距离传播而来各种波动干扰）和振动干扰（近距离的机械振动：人动、风吹草动等）。

(3)激发噪声：伴随噪声和次生噪声。前者的产生源与震源相同：面波、声波等；后者是震源产生的各种波（包括伴随干扰）传播过程中在一定条件下产生的噪声：侧面波、诱发的各种振动等；次生噪声又分为次生波动干扰和次生振动干扰。

依据噪声的数据特征，地震噪声可以分为相干噪声和非相干噪声，通常也被称为规则干扰波和非规则干扰波（随机干扰波）。它们的形成机制不同，对地震资料的影响不一样，野外资料采集和资料处理中，压制的方法也有区别。相干噪声与非相干噪声在地震记录上的区别通常与采集参数有关，当检波器之间的距离足够小，如在试验中做超小道距分析时(图1)，可以发现很多非相干噪声看起来像相干噪声。但当做抽道分析，随检波器之间的间距加大，非相干噪声的特征会体现出来，非相干噪声在道与道之间没有相似处，根据相邻道的特征不能预测另外一道非相干噪声的特征。在实际地震资料采集中，道与道之间的距离大于非相干噪声的相干半径，采集记录上容易区分它们。

相干噪声是指有一定的主频和一定视速度的干扰波，例如面波、声波、浅层折射波、多次波，转换波，次生干扰波等。可以分为能量基本上沿水平方向传播和能量基本上以垂直方向到达检波器两类。

其中面波、声波、浅层折射波等是沿水平方向传播的，多次波则是以垂直方向到达检波器的。相干噪声有三种性质：相干性、传播的方向性与可重复性。在讨论压制相干噪声时，就是以三个性质为基础，寻找改善地震记录质量的方法。

非相干噪声主要是指没有一定频率，也没有一定传播方向的波。在地震记录上形成杂乱无规则的干扰背景；它具有空间随机性，有的可以重复出现，有的不可以重复出现。由近地表地质异常体和不均匀散射体造成的，如小规模断层、卵石等产生，可以重复出现，其噪声源能量很小，很接近，只有当检波器之间距离很小时，检波器输出才相似。不可重复的随机噪声可以是由于风吹草动或者由于风吹动大树产生地震波、炮点周围的爆炸物下落产生地震波对落点附近检波器产生影响、外界其他干扰如人动等。

干扰波成因及其特征分析在地震勘探中，噪声可能由多种原因形成，不同的噪声产生机制不同，有的是由震源产生，有的由外界产生。

面波面波又称地滚波，它的特点是频率低，通常为几赫兹到30Hz，速度低，一般为介质速度的0.5-0.6倍，时距曲线呈直线，沿地表传播，地震记录上呈“扫帚状”，有频散特征，也就是随传播距离加大，频率降低。在江汉盆地，面波的速度在1000 m/s以内。地震勘探中的地表面波是瑞利波（Rayleigh），它沿固体介质的自由表面传播。

在地震勘探中，只要激发地震波，面波就会相伴产生，它是自然存在的，从地震勘探理论可以推导其位移方程。沿x方向传播，t时刻自由表面处位移方程为

式中：为瑞利波的速度；k为瑞利波的波数。给定地面一点，质点的运动轨迹是一个在平面上的椭圆，质点沿椭圆轨迹逆时针方向运动。

从图2可以发现，随着泊松比增大，瑞利波的速度减少，泊松比减少，瑞利波的速度增加，接近横波速度。疏松地层中面波的速度要小于坚硬地层中的面波速度。当激发条件为淤泥时，记录上面波表现为低速和低频（与相邻正常地区如黏土区激发相比），与实际观测到的地震资料相吻合。

面波能量的强弱与激发药量、激发岩性、激发深度，以及表层地震地质条件有关。在厚黄土、淤泥及沙漠区激发时，地表岩性的泊松比接近0.5，地震激发能量主要消耗在对围岩的破坏上，它们对高频能量有强烈的吸收作用，有效波能量减弱，面波能量相对增强。疏松的低速层中激发，面波能量相对加强；在浅层中激发，特别是潜水面以上激发时，由于低降速度层的风化作用，地层疏松，速度较低，激发产生的面波能量相对较强，有效波能量相应较弱，面波的能量随激发药量的增大而增大。

图3a，b，c（从左到右）是在淤泥、流沙和黏土中激发的地震记录；图4a，b，c是它们的频谱分析图；图5a，b，c，d是在石灰岩和砂岩中激发记录与面波分析图。

它们的激发岩性分别是淤泥(a)、流沙(b)和黏土(c)。从图中可见，在流沙激发中激发面波最发育，黏土中激发面波相对要弱。

它们的激发岩性分别是淤泥(a)、流沙(b)和黏土(c)，从图中可见，面波的能量主要集中在低频，主频在5Hz附近，流沙激发中激发面波能量相对强，黏土中激发面波能量相对弱。

a，b分别是在石灰岩激发的地震记录和频谱图，石灰岩中激发面波主频在10Hz左右，面波能量较强；c，d分别是在砂岩激发的地震记录和分频图( BPI - 10)，砂岩中激发右面波存在，能量相对较弱，主要目的层的地震反射波清晰可见，面波主频在10 Hz左右

声波声波是在空气中传播的弹性波，速度为340 m/s左右，波形较稳定，频率较高，在记录上延续的时间短，时距曲线是直线，呈窄带出现（图6）。

激发井浅是声波产生的主要原因。在空坑或者浅坑中放炮，河中、浅水池中放炮，山区放炮，外界强大声波干扰源等均能产生声波。因此，应尽量避免在浅井、浅水池中放炮，同时，采用闷井等措施克服声波噪声，闷井放炮也有利于能量下传。

浅层折射波地震记录中，常有比直达波更快到达的地震波，折射波时距曲线呈直线状，与直达波相交叉。折射波出现的时间与高速度层的埋深、速度等有关。速度越高，出现时斜率越小。

在近地表层中，风化层的底界常与高速度层相接，或者地层中存在高速层，会产生浅层折射波和折射多次波。

侧面波在地震记录上，会出现来自不同方向，具有不同视速度的干扰波，这种波出现时间不定，可能在浅、中、深层都有，时距曲线呈现直线，频率与有效波相近，对地震记录有较大的干扰性，特别是复杂地区地震勘探。

在复杂地区，地表的起伏较大，地震波沿侧面反射可形成侧面波。在地下构造复杂地段，地下大倾角界面产生侧面波，这种侧面波包含有效波信息，许多可以利用，但是从测线侧面来的反射，可能会使地震记录复杂化，形成干扰（图7）。

次生干扰次生干扰包括次生低速干扰和次生高速干扰，它们可以出现在记录的任何地方，在频率域与有效波不能分开，速度场中次生高速干扰与有效波交混在一起，强度与次生干扰源的大小相联系，在有的记录上可能没有，或者强度很弱。在江汉平原地区施工此类干扰较少出现。

反射或者强折射波引起地表大的障碍物如大堤等振动，相同于一个次生的震源体，次生震源体的振动产生地震波，在地震记录上各个时间均会出现，会产生次生的直达波、折射波、反射波，使地震记录复杂化。它的强度与激发的强度、次生震源体的大小有关。

随机噪声随机噪声属于非相干干扰波类型，在地震记录上，可以出现在所有时间，频率成分较复杂，多个频段都可能存在，以高频随机噪声居多，强度与施工时外界环境有关。有的强度较大，会对地震记录形成大的干扰（图7）。

外界风吹草动，引起高频干扰，不同的风力下施工干扰强度度不一样。外界人动、动物在检波器周围活动及其他外界的原因会引起记录上出现“大跳”，有时会干扰多道，影响较大(图8)。

脉冲感应在地震记录上，脉冲包含50Hz脉冲感应和尖脉冲两种，它们可以出现在记录的任何时间，50Hz脉冲感应可以是50Hz的正弦波形的干扰波和表现50Hz的谐波，当干扰强时，会严重压制有效信号，使整道或多道甚至全部记录都被干扰。尖脉冲表现为在记录的某一时间突然被一脉冲干扰，它与“大跳”的区别在于脉冲持续的时间更短，频带更宽。

50Hz脉冲感应可能由于大线绝缘程度不够，在排列上某个环节有漏电现象，外界市电干扰源强，如排列过高压线，变电站附近等，检波串并方式不合理，仪器接口阻抗不匹配，都可能形成50Hz脉冲感应。尖脉冲则可能是由于自然界的雷电干扰，有外界突然移动排列等(图9)。

多次波多次波包括多次反射波、反射一折射波、折射一反射波等，多次波类型较多，在地震勘探中，影响较大和经常讨论的是多次反射波，多次反射波又分为全程多次波、短程多次波、微屈多次波与虚反射；它们的形成机制不同，在地震记录上表现形式不一，对地震记录的影响也不一样。多次波给人以假象，如中层的多次波，就有可能掩盖中深层的一次反射波，多次波时距曲线与反射波类似，只是增加了时移量。

不同的多次波形成机制有差别，但它们有一个共同点，就是要有良好的反射界面。江陵玄武岩发育区多次波较发育，严重干扰了目的层的有效信号（图10）1。

在江陵凹陷采集的地震记录中，由于地层中存在多层的玄武岩，造成地震波多次反射在地震记录中可明显见到多次波，在处理时的速度分析中，多次波特征明显1

干扰波调查为了消除干扰波，在干扰波严重的地区，设计专门的测线来记录干扰波，以掌握干扰波的特点和分布规律，称为干扰波调查(noise analysis)。一般采用道距为3-5米的小排列，连续接收几个排列，并且不使用混波和滤波，以便清楚地连续追踪出各种规则干扰波。干扰波调查又译“干扰波研究”、“噪声分析。”

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学